IT-Infrastrukturen für den öffentlichen Sektor: Anforderungen und Lösungen

Veraltete, leistungsschwache und teure IT behindert die Digitalisierung der öffentlichen Hand. Mit der richtigen Hard- und Software lässt sich die Transformation deutlich beschleunigen.

Ob digitale Verwaltung, elektronische Patientenakte (ePA) oder die Online-Ausweisfunktion – die Digitalisierung im öffentlichen Sektor kommt oft nur schleppend voran. Von den mehr als 550 Verwaltungsleistungen, die laut Onlinezugangsgesetz (OZG) seit Ende 2022 digital verfügbar sein sollten, sind bisher nur eine Handvoll umgesetzt. Die seit 2021 geplante Einführung der elektronischen Patientenakte für alle gesetzlich Versicherten muss wohl erneut verschoben werden.

Die Gründe für diese Schwierigkeiten sind vielfältig. So verhindert nicht zuletzt die föderale Struktur eine einheitliche Digitalisierungsstrategie. Bund, Länder und Kommunen erfinden das Rad oft unabhängig voneinander neu, was zu Mehraufwand und Verzögerungen führt. Vor allem aber fehlt es an modernen und leistungsfähigen IT-Infrastrukturen, um die anstehenden Aufgaben bewältigen und digitale Dienstleistungen flächendeckend anbieten zu können.

Anforderungen an die IT-Infrastruktur

Für den Erfolg der Digitalisierung im öffentlichen Sektor spielt die IT-Infrastruktur eine entscheidende Rolle. Anspruchsvolle Digitalisierungsprojekte im öffentlichen Sektor lassen sich nur mit entsprechender Hard- und Software umsetzen. Dabei spielen vor allem folgende Kriterien eine wichtige Rolle:

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Leistung: IT-Infrastrukturen im öffentlichen Sektor müssen höchsten Ansprüchen genügen und eine enorme Bandbreite an Anforderungen abdecken, die von Büroanwendungen für Sachbearbeiter über die Erstellung von Medien und Berichten in Schulen und Bürgerbüros bis hin zum High-Performance Computing in Wissenschaft und Forschung reicht. On-Premises-Szenarien in lokalen Rechenzentren müssen ebenso realisierbar sein wie die Nutzung von Cloud-Diensten oder hybride Konzepte. Behörden und andere öffentliche Einrichtungen benötigen deshalb eine Plattform, die ein breites Leistungsspektrum bietet, einfach zu skalieren ist und unterschiedliche Bereitstellungsmodelle unterstützt.
Energieeffizienz: Rechenzentren tragen schon heute signifikant zum Ausstoß von Treibhausgasen bei. Mit zunehmender Digitalisierung wird ihr Anteil am Gesamtenergieverbrauch noch steigen. Öffentliche Einrichtungen stehen in der Pflicht, ihren Beitrag zu Reduktion der Treibhausgasemissionen zu leisten. Bei der IT-Beschaffung der öffentlichen Hand ist daher besonders auf den Einsatz erneuerbarer Energien und die Energieeffizienz der ausgewählten Komponenten zu achten.
Sicherheit: Öffentliche Einrichtungen geraten zunehmend ins Visier von Cyberkriminellen und staatlichen Akteuren. Die Schäden sind erheblich. So legte ein Ransomware-Angriff auf den kommunalen Dienstleister Südwestfalen-IT im Herbst 2023 die Verwaltung von mehr als 100 Kommunen lahm. Im Mai 2024 traf es die Uniklinik Mainz und weitere Krankenhäuser. Nicht zuletzt der von Russland geführte hybride Krieg gegen den Westen hat zu vermehrten Cyberattacken auf kritische Infrastrukturen und die öffentliche Verwaltung geführt. Der Schutz vor Cyberangriffen und die frühzeitige Erkennung neuer Bedrohungen sind deshalb essentiell. Konzepte wie Threat Intelligence und Zero Trust, die eine effiziente Erkennung und Abwehr von Bedrohungen ermöglichen, sollten daher bereits bei der Planung und Umsetzung von IT-Infrastrukturen für den öffentlichen Sektor berücksichtigt werden.
Datenschutz und Datenhoheit: Behörden und andere öffentliche Einrichtungen verarbeiten höchst sensible Daten, die nicht in fremde Hände gelangen dürfen. IT-Plattformen müssen daher eine durchgängige Verschlüsselung ermöglichen und die Vertraulichkeit der Daten während der Speicherung (at rest) und bei der Übertragung (in motion) gewährleisten. Konzepte wie Confidential Computing bieten eine zusätzliche Sicherheitsebene, da sie Daten auch während der Verarbeitung vor unbefugten Zugriffen schützen. Staatliche Organisationen sollten außerdem auf offene Standards setzen, um die Abhängigkeit von einzelnen Herstellern und Providern zu minimieren und eine reibungslose Zusammenarbeit mit anderen Institutionen zu gewährleisten.
Künstliche Intelligenz: Der Einsatz großer Sprachmodelle und anderer Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) bietet öffentlichen Einrichtungen viele Vorteile. Intelligente Assistenten, die Bürger bei der Antragstellung unterstützen, KI-gestützte Klima- und Wettermodelle, die zuverlässigere Prognosen und einen besseren Katastrophenschutz ermöglichen, und lernende Verkehrsleitsysteme, die für weniger Staus und pünktliche Busse sorgen, sind nur einige Beispiele für den Einsatz von KI im öffentlichen Sektor. IT-Infrastrukturen müssen diese Entwicklung unterstützen und das Training sowie die Anwendung von KI-Modellen ermöglichen. Sie sollten daher mit dedizierten KI-Beschleunigern ausgestattet sein. Diese Module sind für die parallele Verarbeitung von Berechnungen optimiert, was insbesondere beim Training tiefer neuronaler Netze eine wichtige Rolle spielt.

Empfehlungen für die Hardware-Wahl

Behörden, Forschungseinrichtungen und andere öffentliche Bereiche benötigen eine Hardware-Plattform, die ihnen genügend Flexibilität und Skalierbarkeit bietet, um ein breites Spektrum an Workloads abzudecken. Mit ihrem modularen Chiplet-Design erfüllt die AMD EPYC Prozessorfamilie diese Anforderungen besonders gut. Durch die flexible Kombination mehrerer Module (Chiplets) bietet sie eine große Bandbreite an Prozessormodellen, die beispielsweise für besonders hohe Rechenleistung, hohen Datendurchsatz oder die Verarbeitung von KI-Workloads optimiert sind. Dank ihrer Energieeffizienz helfen EPYC Prozessoren öffentlichen Einrichtungen dabei, die Stromkosten zu senken und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Nicht umsonst basieren 60 Prozent der 50 „grünsten“ Supercomputer der Welt auf einer AMD EPYC-Infrastruktur, darunter auch der europäische Supercomputer LUMI. Die in die EPYC Prozessoren integrierte Secure Encrypted Virtualization (SEV) Technologie ermöglicht einen Zero-Trust-Ansatz, bei dem nicht einmal der Hypervisor Zugriff auf die Daten in einer virtuellen Maschine erhält. Dies ermöglicht es dem öffentlichen Sektor, Konzepte wie Confidential Computing umzusetzen und die Datenhoheit in Cloud-Infrastrukturen sicherzustellen.

Für KI-Aufgaben empfehlen sich KI-Beschleuniger wie die AMD Instinct MI300-Serie. Sie basieren auf der CDNA 3-Architektur, die eine optimierte Parallelverarbeitung ermöglicht. Mit bis zu 304 Recheneinheiten, 256 GB HBM-Speicher (High-Bandwidth Memory) und einer maximalen Speicherbandbreite von 6 TB/s lassen sich selbst anspruchsvolle Aufgaben wie das Training großer Sprachmodelle oder die Berechnung von Klimamodellen bewältigen. Mit der quelloffenen und kostenlosen Softwaresuite ROCm steht Entwicklern und Anwendern eine umfassende Sammlung an Programmierwerkzeugen, Compilern, Bibliotheken und Laufzeitumgebungen zur Verfügung, um KI-Anwendungen zu entwickeln und zu optimieren.

IT im öffentlichen Sektor: gelungene Beispiele aus der Praxis

Die folgenden Beispiele zeigen, welche Bandbreite an Anforderungen sich mit der richtigen IT-Infrastruktur abdecken lässt:

Das Universitätskrankenhaus UZ Brüssel (Universitair Ziekenhuis) stellt Ärzten und Pflegekräften über seine IT-Infrastruktur medizinische Anwendungen, virtuelle Desktops und das Patientendaten-Management-System PrimUZ zur Verfügung. Durch die Migration auf Dell Server mit AMD EPYC Prozessoren konnte die Klinikleitung die Leistung der IT-Systeme um 40 Prozent steigern, die Sicherheit ihrer IT-Infrastruktur verbessern und die Betriebskosten deutlich senken.
Die Universität Ulm ist Partner der Baden-Württemberg Cloud (bwCloud), die Wissenschaftlern und Studierenden Rechenressourcen für Forschung und Lehre bietet. Mit 112 Knoten und 2,5 Petabyte Speicherkapazität kann sie mehrere tausend virtuelle Maschinen gleichzeitig bereitstellen. In der Vergangenheit hatte die bwCloud jedoch immer wieder mit Performance-Einbrüchen und Ausfällen zu kämpfen. Durch die Migration auf AMD EPYC Prozessoren konnten nicht nur diese Probleme behoben, sondern auch die Kosten deutlich gesenkt werden.
Das europäische Kernforschungszentrum CERN nutzt AMD EPYC 7742 Prozessoren mit 64 Kernen für die Forschung an Quarks. Diese Elementarteilchen existieren nur für den Bruchteil einer Sekunde. Für ihre Entdeckung benötigt man deshalb extrem schnelle Computersysteme, die große Datenmengen in kürzester Zeit verarbeiten können. Die eingesetzten AMD EPYC Server ermöglichen einen Datendurchsatz von einem Terabit pro Sekunde und machen daher den Einsatz teurer Supercomputer für die Quarks-Detektion überflüssig.

Fazit: Erfolgreiche Digitalisierungsprojekte beginnen bei der Auswahl der Hardware

Der öffentliche Sektor benötigt IT-Infrastrukturen, die ein breites Anforderungsspektrum abdecken und höchsten Ansprüchen an Sicherheit und Performance genügen. Gleichzeitig dürfen Kosten und Energieverbrauch nicht aus dem Ruder laufen. IT-Verantwortliche sollten deshalb eine Hardware-Plattform wählen, die all diesen Anforderungen gerecht wird. Nur so lässt sich die Digitalisierung der öffentlichen Hand signifikant beschleunigen.

Weiterführende Informationen zu den Erfolgsfaktoren für die digitale Transformation im öffentlichen Sektor finden sich auf dieser Webseite.